การควบคุมสเกลาร์และเวกเตอร์ของมอเตอร์เหนี่ยวนำ - ความแตกต่างคืออะไร?
เครื่องยนต์แบบอะซิงโครนัส — มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับที่กระแสในขดลวดสเตเตอร์สร้างสนามแม่เหล็กหมุน สนามแม่เหล็กนี้เหนี่ยวนำให้เกิดกระแสในขดลวดของโรเตอร์ และกระทำกับกระแสเหล่านี้ ซึ่งจะนำพาโรเตอร์ไปด้วย
อย่างไรก็ตาม เพื่อให้สนามแม่เหล็กของสเตเตอร์หมุนเพื่อเหนี่ยวนำกระแสในโรเตอร์ที่กำลังหมุน โรเตอร์ในการหมุนจะต้องล้าหลังสนามสเตเตอร์ที่กำลังหมุนเล็กน้อย ดังนั้นในมอเตอร์เหนี่ยวนำ ความเร็วของโรเตอร์จะน้อยกว่าความเร็วของการหมุนของสนามแม่เหล็กเล็กน้อยเสมอ (ซึ่งกำหนดโดยความถี่ของกระแสสลับที่ป้อนเข้ามอเตอร์)
การชะลอตัวของโรเตอร์โดยสนามแม่เหล็กหมุนของสเตเตอร์ (การเลื่อนหลุดของโรเตอร์) ยิ่งมาก ภาระของมอเตอร์ก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น การขาดการซิงโครไนซ์ระหว่างการหมุนของโรเตอร์และสนามแม่เหล็กของสเตเตอร์เป็นลักษณะเฉพาะของมอเตอร์เหนี่ยวนำ ดังนั้นชื่อของมัน
สนามแม่เหล็กหมุนในสเตเตอร์ถูกสร้างขึ้นโดยขดลวดที่จ่ายกระแสสลับเฟส กระแสสลับสามเฟสมักใช้เพื่อจุดประสงค์นี้ นอกจากนี้ยังมีมอเตอร์เหนี่ยวนำเฟสเดียวที่การเปลี่ยนเฟสระหว่างกระแสในขดลวดถูกสร้างขึ้นโดยการรวมรีแอกแตนซ์ต่างๆ ในขดลวด
ในการควบคุมความเร็วเชิงมุมของการหมุนของโรเตอร์รวมถึงแรงบิดบนเพลาของมอเตอร์แบบไร้แปรงถ่านที่ทันสมัยจะใช้การควบคุมเวกเตอร์หรือสเกลาร์ของไดรฟ์ไฟฟ้า
การควบคุมสเกลาร์
มันเป็นเรื่องธรรมดาที่สุด การควบคุมมอเตอร์เหนี่ยวนำสเกลาร์ตัวอย่างเช่น เมื่อต้องควบคุมความเร็วในการหมุนของพัดลมหรือปั๊ม ก็เพียงพอแล้วที่จะรักษาความเร็วในการหมุนของโรเตอร์ให้คงที่ สำหรับสัญญาณป้อนกลับจากเซ็นเซอร์ความดันหรือจากเซ็นเซอร์ความเร็วก็เพียงพอแล้ว
หลักการควบคุมสเกลาร์นั้นง่าย: แอมพลิจูดของแรงดันแหล่งจ่ายเป็นฟังก์ชันของความถี่ อัตราส่วนแรงดันต่อความถี่มีค่าคงที่โดยประมาณ
รูปแบบเฉพาะของการพึ่งพานี้เกี่ยวข้องกับภาระบนเพลา แต่หลักการยังคงเหมือนเดิม: เราเพิ่มความถี่และแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นตามสัดส่วนขึ้นอยู่กับลักษณะภาระของมอเตอร์ที่กำหนด
เป็นผลให้ฟลักซ์แม่เหล็กในช่องว่างระหว่างโรเตอร์และสเตเตอร์นั้นคงที่เกือบตลอดเวลา หากอัตราส่วนแรงดันต่อความถี่เบี่ยงเบนไปจากพิกัดของมอเตอร์ มอเตอร์จะตื่นเต้นมากเกินไปหรือน้อยเกินไป ส่งผลให้มอเตอร์สูญเสียและกระบวนการทำงานผิดปกติ
ดังนั้นการควบคุมแบบสเกลาร์ทำให้สามารถรับแรงบิดของเพลาได้เกือบคงที่ในช่วงความถี่การทำงานโดยไม่คำนึงถึงความถี่ แต่ที่รอบต่ำแรงบิดยังคงลดลง (เพื่อป้องกันสิ่งนี้จำเป็นต้องเพิ่มแรงดันไฟฟ้า - อัตราส่วนต่อความถี่ ) ดังนั้น สำหรับแต่ละเครื่องยนต์จะมีช่วงการควบคุมการทำงานแบบสเกลาร์ที่กำหนดไว้อย่างเข้มงวด
นอกจากนี้ เป็นไปไม่ได้ที่จะสร้างระบบควบคุมความเร็วสเกลาร์โดยไม่มีเซ็นเซอร์ความเร็วที่ติดตั้งบนเพลา เนื่องจากโหลดจะส่งผลต่อความล่าช้าของความเร็วโรเตอร์จริงอย่างมากจากความถี่ของแรงดันไฟฟ้า แต่ถึงแม้จะมีเซ็นเซอร์ความเร็วพร้อมการควบคุมแบบสเกลาร์ ก็จะไม่สามารถปรับแรงบิดด้วยความแม่นยำสูงได้ (อย่างน้อยก็ไม่สามารถทำได้ในเชิงเศรษฐกิจ)
นี่คือข้อเสียของการควบคุมแบบสเกลาร์ ซึ่งอธิบายความขาดแคลนสัมพัทธ์ของการใช้งาน ซึ่งจำกัดอยู่ที่มอเตอร์เหนี่ยวนำทั่วไปเป็นหลัก ซึ่งการพึ่งพาสลิปบนโหลดนั้นไม่สำคัญ
การควบคุมเวกเตอร์
เพื่อกำจัดข้อบกพร่องเหล่านี้ในปี พ.ศ. 2514 วิศวกรของซีเมนส์เสนอให้ใช้การควบคุมเวกเตอร์ของมอเตอร์ ซึ่งการควบคุมจะดำเนินการโดยให้ข้อเสนอแนะเกี่ยวกับขนาดของฟลักซ์แม่เหล็ก ระบบควบคุมเวกเตอร์ระบบแรกมีเซ็นเซอร์ตรวจจับการไหลในมอเตอร์
วันนี้วิธีการของวิธีนี้แตกต่างกันเล็กน้อย: แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของมอเตอร์ช่วยให้คุณสามารถคำนวณความเร็วของโรเตอร์และช่วงเวลาของเพลาได้ขึ้นอยู่กับกระแสเฟสปัจจุบัน (จากความถี่และค่าของกระแสในขดลวดสเตเตอร์) .
วิธีการที่ก้าวหน้ามากขึ้นนี้ช่วยให้สามารถควบคุมทั้งแรงบิดของเพลาและความเร็วของเพลาภายใต้โหลดได้อย่างอิสระและเกือบจะเฉื่อย เนื่องจากกระบวนการควบคุมยังคำนึงถึงเฟสของกระแสด้วย
ระบบควบคุมเวกเตอร์ที่แม่นยำกว่าบางระบบมีลูปป้อนกลับความเร็ว ในขณะที่ระบบควบคุมที่ไม่มีเซ็นเซอร์ความเร็วเรียกว่าไม่มีเซ็นเซอร์
ดังนั้น ขึ้นอยู่กับขอบเขตการใช้งานของไดรฟ์ไฟฟ้านี้หรือไดรฟ์ไฟฟ้านั้น ระบบควบคุมเวกเตอร์จะมีลักษณะเฉพาะของตัวเอง ระดับความแม่นยำในการควบคุมของมันเอง
เมื่อข้อกำหนดด้านความแม่นยำสำหรับการควบคุมความเร็วอนุญาตให้มีการเบี่ยงเบนได้มากถึง 1.5% และช่วงการควบคุมไม่เกิน 1 ใน 100 ระบบไร้เซ็นเซอร์ก็ใช้ได้ หากต้องการความแม่นยำของการปรับความเร็วโดยมีค่าเบี่ยงเบนไม่เกิน 0.2% และช่วงลดลงเป็น 1 ถึง 10,000 จำเป็นต้องมีข้อเสนอแนะสำหรับเซ็นเซอร์ความเร็วเพลา การมีเซ็นเซอร์ความเร็วในระบบควบคุมเวกเตอร์ทำให้สามารถควบคุมแรงบิดได้อย่างแม่นยำแม้ในความถี่ต่ำถึง 1 Hz
ดังนั้นการควบคุมเวกเตอร์จึงมีข้อดีดังต่อไปนี้ ความแม่นยำสูงของการควบคุมความเร็วของโรเตอร์ (และไม่มีเซ็นเซอร์ความเร็ว) แม้ในสภาวะที่โหลดของเพลาเปลี่ยนแปลงแบบไดนามิก ในขณะที่จะไม่มีการเตะ การหมุนของเพลาที่ราบรื่นและสม่ำเสมอที่รอบต่ำ ประสิทธิภาพสูงเนื่องจากการสูญเสียต่ำภายใต้เงื่อนไขของลักษณะแรงดันไฟฟ้าที่เหมาะสม
การควบคุมเวกเตอร์ไม่ได้ปราศจากข้อเสีย ความซับซ้อนของการดำเนินการคำนวณจำเป็นต้องตั้งค่าข้อมูลเริ่มต้น (พารามิเตอร์ไดรฟ์ตัวแปร)
สำหรับไดรฟ์ไฟฟ้าแบบกลุ่ม การควบคุมเวกเตอร์นั้นไม่เหมาะสมโดยพื้นฐาน การควบคุมแบบสเกลาร์จะดีกว่า